CC BY
26
The multilayer sheet structures rectangular elements get pnevmoformovkoy sheets previously rigidly connected on a path from the outside-governmental sheets. In this connection the urgent problem considered in the paper, and put-yuschayasya in assessing the impact of process parameters on the steady flow of pro-process. The results of the modeling process isothermal uneasy th deformation anisotropic slab into a rectangular matrix to-torye allow in the future to assess the strength and defect under different conditions of deformation-tions.
Key words: pnevmoformovka constrained deformation, stress, strain, force.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, associate professor, mpf-tulaa rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ
РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКОЙ
В.И. Трегубов, Д.И. Благовещенский, Г. А. Нуждин, М.В. Ларина
Представлены результаты теоретических исследований влияния технологических параметров на качественные характеристики цилиндрических деталей, получаемых ротационной вытяжкой. Исследования выполнялись при различных величинах степеней деформации и рабочей подачи. Полученные результаты позволяют оценить влияние различных сочетаний исследуемых технологических факторов ротационной вытяжки на показатели качества цилиндрических деталей.
Ключевые слова: качество, точность, ротационная вытяжка, эксперимент.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к тонкостенным цилиндрическим деталям из малоуглеродистой стали 10, легированных сталей 30ХМА, 10ГН, 12ХЗГНМФБА и алюминиевого сплава АМГ6, является обеспечение заданных формы и размеров. Обеспечение толщины стенки с заданными отклонениями является одним из наиболее важных технических требований при производстве деталей ответственного назначения. Известно, что колебания толщины стенки в готовых деталях зависят в значительной степени от разностенности исходных заготовок, точности используемого оборудования и инструмента. В процессе деформирования исходной заготовки при ротационной вытяжке с утонением стенки происходит изменением величины разностенности, как правило, в сторону уменьшения. Однако в отдельных случаях (при использовании заготовок с малой исходной разностенностью) разностенность в готовой детали может превышать разностенность исходной заготовки, что связано с достижимой
193
предельной точностью используемого оборудования, инструмента, а также с условиями деформирования при ротационной вытяжке (технологические параметры, геометрические параметры деформирующего инструмента, колебания температуры инструмента и др.). Обеспечение заданной точности внутренних диаметральных размеров деталей dd при ротационной вытяжке регламентируется диаметром рабочей оправки dоrlр, а также условиями
деформирования (режимами обработки, схемами ротационной вытяжки и геометрическими параметрами деформирующих роликов).
Известно, что на процесс формирования показателей качества цилиндрических деталей оказывает влияние значительное количество факторов, поэтому получение математической модели с участием всех факторов не представляется возможным и практически нецелесообразно. В связи с этим часть факторов, влияющих на технологический процесс, были приняты как условия опытов и в процессе экспериментов поддерживались на одном уровне.
Для оценки влияния технологических параметров на качественные характеристики цилиндрических деталей ротационная вытяжка выполнялась с различными величинами степени деформации е = (1 - г / ^)100 % и рабочей подачи £. Здесь tо и г - толщина стенки исходной заготовки и
детали соответственно.
Для проведения экспериментальных исследований согласно рекомендациям был выбран план Хартли на кубе. План Хартли является насыщенным композиционным планом (табл. 1), что позволяет сначала выполнить линейную часть плана и в случае ее неадекватности переходить к нелинейной части матрицы планирования.
В соответствии с планом Хартли в табл. 2 приведены уровни и интервалы варьирования технологических параметров процесса ротационной вытяжки, влияющие на геометрические показатели качества цилиндрических деталей из низколегированной стали 10ГН и алюминиевого сплава ЛМгб, в натуральных значениях. Для каждой группы фиксирования параметров проводилось по шесть опытов.
При определении границ области эксперимента использованы значения факторов, установленные в предварительно проведенных экспериментальных исследованиях.
Согласно данному плану эксперимента была проведена серия опытов, и после проверки значимости коэффициентов уравнений регрессии по г-критерию Стьюдента из этих зависимостей были исключены незначимые коэффициенты и произведен перерасчет моделей с проверкой их адекватности по ^-критерию Фишера при уровне значимости, равном 0,05. В качестве деформирующего инструмента при проведении экспериментальных работ были использованы конические ролики с открытой и закрытой ка-
либровкой, выбранные в диапазоне углов рабочего конуса ар от 10 до 30°.
При проведении экспериментальных исследований диаметры деформирующих роликов Бр = 220 мм, а высота калибрующего пояска роликов
Ь = 3 мм. Рабочий инструмент (ролики и оправка) изготавливался из стали 9Х с твердостью 56...63 ИЯСэ . Выбор указанных диапазонов режимов обработки и параметров инструмента обусловлен широким их использованием в практике.
Таблица 1
Матрица планирования эксперимента
№ опыта Кодированные значения факторов
X 2
1 -1 -1
2 1 -1
3 -1 1
4 1 1
5 1 0
6 0 1
7 0 0
Примечание: "-1";"0";"+1" - нижний, нулевой и верхний уровни рассматриваемых факторов
Таблица 2
Уровни и интервалы варьирования технологических параметров процесса ротационной вытяжки
Обозначение факторов Х1 X 2
Степень деформации е, % Величина рабочей подачи £, мм/об
Основной уровень 0 35 1,175
Интервал варьирования 15 0,625
Нижний уровень -1 20 0,550
Верхний уровень +1 50 1,800
Обеспечение линейных размеров обрабатываемых деталей осуществлялось с помощью путевых конечных переключателей, дающих команду на сведение или разведение деформирующих роликов, включение или выключение рабочей подачи каретки и привода вращения оправки. Регулировка величины рабочей подачи производилась с помощью дросселя, установленного в гидросистеме осевой подачи.
195
Предварительные экспериментальные исследования по ротационной вытяжке цилиндрических деталей из алюминиевого сплава АМг6 показали, что наиболее эффективной в части получения высоких исследуемых точностных характеристик деталей является схема с разделением деформации по сравнению с другими исследованными схемами формоизменения (схем с использованием деформирующих роликов открытой и закрытой калибровки). Поэтому ротационная вытяжка цилиндрических деталей из алюминиевого сплава АМг6 осуществлялась по трехроликовой схеме с разделением очага деформации с использованием следующих комплектов роликов:
первый комплект - арх = 15°; ар2 = 20°; ар3 = 30°;
второй комплект - ар1 = 10°; ар2 = 20°; а= 30°;
третий комплект - а рх = 10°; а р2 = 15°; а р3 = 20°.
Проведенные эксперименты и соответствующая обработка опытных данных позволили получить математические модели для определения геометрических показателей качества в зависимости от указанных выше технологических параметров процесса ротационной вытяжки цилиндрических деталей из стали 10ГН и алюминиевого сплава АМг6 [1].
Регрессионные зависимости исследуемых параметров приведены в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Уравнения регрессии для определения величин 8;, 8^ и Ин при ротационной вытяжке цилиндрических деталей из стали 10ГН
Схема обработки Уравнения регрессии
1 2
3-роликовая схема с использованием деформирующих роликов открытой калибровки 8; =-18,708 - 4,5^ +10,875.12 + 0,416хх -- 3,333.2 + 0,083.2
8П = 0,31 + 0,018х1 - 0,044X2 - 0,025х1 х2 + + 0,043x2 + 0,012 х2
Ин = 0,925 + 0,177х1 + 0,168х2 + 0,039х1х2 + + 0,048х12 + 0,047х2
3-роликовая схема с использованием роликов закрытой калибровки 8; =-20 - 4,583х1 + 13,041х2 + 0,416х1 х2 -- 3,333х12 + 0,083х|
= 0,196 - 0,023х1 - 0,051х2 - 0,025х1х2 + + 0,043х? + 0,012 х2
Окончание табл. 3
1 2
3-роликовая схема с использованием роликов закрытой калибровки Ин = 0,653 + 0,227х1 + 0,145х2 + 0,039х1х2 + + 0,048x2 + 0,047х2
3-роликовая схема с разделением очага деформации 5 =-26,458 - 4,666х1 +15,207х2 + 0,416х1х2 -- 3,333х12 + 0,083х|
Ъв = 0,148 - 0,064х1 - 0,058х2 - 0,025х1х2 + + 0,043х2 + 0,012 х2
Ин = 0,421 + 0,327х1 + 0,122 х2 + 0,039х1х2 + + 0,048х12 + 0,047х2
Оптимизация регрессионных зависимостей, приведенных в табл. 3 и 4, позволила выявить значения факторов в натуральном масштабе, при которых относительные величины изменения относительной разностенно-сти детали 5;, отклонения внутреннего диаметра детали от номинального
значения и наплыва Иц будут минимальны. Результаты оптимизации приведены в табл. 5 и 6.
Таблица 4
Уравнения регрессии для определения величин 5t, и Ин при ротационной вытяжке цилиндрических деталей из алюминиевого сплава АМг6 с разделением очага деформации
Комплект роликов Уравнения регрессии
а р = 15°; ар2 = 20°; а р 3 = 30 5 = -17,752 - 5,667х1 + 8,041х2 + 1,333х1х2 + + 0,208х2 - 5,708х2
= 0,508 - 0,061х1 - 0,235х2 + 0,045х1х2 -- 0,013х2 + 0,05 х2
Ин = 1,906 + 0,478х1 + 0,788х2 + 0,030х1х2 -- 0,232х2 + 0,248х2
ар1 =10°; ар2 = 20 ; а р 3 = 30° а; = -22,668 - 6,833х1 + 7,958х2 + 1,333х1 х2 + + 0,208х2 - 5,708х2
= 0,540 - 0,076х1 - 0,239х2 + 0,045х1х2 -- 0,013х2 + 0,05х2
Окончание табл. 4
Комплект роликов Уравнения регрессии
ар1 =100; ар2 = 200; а р 3 = 300 Ин = 1,006 + 0,226х1 + 0,590х2 + 0,030х1х2 -- 0,232х2 + 0,248х|
ар1 =100; ар2 =15°; а рз = 20° 8; = -35,334 - 7,999х1 + 7,875х2 + 1,333х1 х2 + + 0,208х2 - 5,708х2
8^ = 0,348 - 0,091х1 - 0,243х2 + 0,045х1х2 -- 0,013х2 + 0,05 х2
Ин = 0,730 - 0,026х1 + 0,392х2 + 0,030х1х2 -- 0,232х2 + 0,248х|
Таблица 5
Результаты поиска минимума величин 8;, 8р и Ин при ротационной вытяжке низколегированной стали 10ГН
Факторы, единица измерения 8;, % 8в,% Ин
3-роликовая схема с использованием деформирующих роликов
открытой калибровки
е, % 50 36,221 20
£, мм/об 0,55 1,8 0,55
шт -37,75 0,278 0,714
3-роликовая схема с использованием роликов закрытой калибровки
е, % 50 43,37 20
£, мм/об 0,55 1,8 0,55
шт -41,29 0,143 0,415
3-роликовая схема с разделением очага деформации
е, % 50 50 50
£, мм/об 0,55 1,8 0,623
шт -49,99 0,056 0,1054
Полученные зависимости позволяют оценить влияние различных сочетаний исследуемых технологических факторов ротационной вытяжки на показатели качества цилиндрических деталей.
Таблица 6
Результаты поиска минимума величин 8;, 8D и hн при ротационной вытяжке алюминиевого сплава АМг6 с разделением очага деформации
Факторы, единица измерения 8;, % 8D, %
Комплект роликов: аp1 = 15°; аp2 = 20°; ар3 = 30°
е, % 50 50 30
£, мм/об 0,55 1,8 0,55
шт -38,29 0,294 0,686
Комплект роликов: арх = 10°; ар2 = 20°; ар3 = 30°
е, % 50 50 20
£, мм/об 0,55 1,8 0,55
шт -44,92 0,307 0,236
Комплект роликов: а рх = 10°; а р2 = 15°; а р3 = 20°
е, % 50 50 50
£, мм/об 0,55 1,8 0,643
шт -58,04 0,096 0,286
Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 16-48-710014 и гранта администрации Тульской области.
Список литературы
1. Гредитор М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание. М.: Машиностроение, 1971. 240 с.
2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983. 192 с.
3. Трегубов В.И. Ротационная вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из труб на специализированном оборудовании. Тула: Изд-во ТулГУ, Тульский полиграфист, 2002. 148 с.
Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.т, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Благовещенский Дмитрий Иванович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@,rambler.т, Россия, Тула, ФБУ "Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Тульской области",
Нуждин Георгий Анатолиевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@,rambler.т, Россия, Москва, Орган по сертификации систем качества ««Консерсиум»,
199
Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SYNTHESIS AND THEORETICAL RESEARCH EKSPERIMENITALNYH ROTARY DRAWING FIGURINE SHELLS WITH VARIABLE WALL THICKNESS
V.I. Tregubov, D.I. Blagoveschenskiy, G.A. Nuzhdin, M. V. Larina
The article details the rotary drawing technology with time-division strain for the manufacture of complex-shells with variable wall thickness. As the initial preform used hot-rolled steel pipe 10. The basis of this technology on the results of theoretical and experimental investigations of former. This technology has reduced the complexity of manufacturing buildings warheads, reduce metal production, is improve the quality and reliability of manufactured parts.
Key words: rotary extractor, process, difficult-profile products forming.
Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University, NPO «SPLA V»,
Blagoveschenskiy Dmitriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tnlaa ramhler. ru, Russia, Tula, State Regional Center for Standardization, Metrology and Testing in the Tula region,
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@,rambler. ru, Russia, Moscow, Organ by quality system certification "Konsersium ",
Larina Marina Victorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@,rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
К ОЦЕНКЕ СИЛЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОЛУФАБРИКАТОВ НА ПЕРВОЙ ОПЕРАЦИИ ВЫТЯЖКИ ПО СХЕМЕ «КРУГ - ЦИЛИНДР»
Ю.В. Бессмертная, А. А. Пасынков
По результатам математического моделирования, основанного на применении верхнеграничной теоремы пластичности, получены выражения, которые позволяют определить силу вытяжки цилиндрических полуфабрикатов на первой вытяжной операции при штамповке высоких квадратных коробок.
Ключевые слова: штамповка, вытяжка, высокие квадратные коробки, сила.
Наиболее рациональным и эффективным методом изготовления высоких изделий квадратной и прямоугольной формы является многооперационная вытяжка. При реализации вытяжки коробок размеры исходной заготовки и форму, а также количество переходов устанавливают по разверткам и рекомендуемым степеням вытяжки, используя различные эмпирические методики [1, 2].
